外源硒對(duì)燕麥硒吸收分配及產(chǎn)量的影響

蔡天革, 陳麗娜, 范憲榮, 邵冉冉, 張慧嬌, 唐鳳德

(遼寧大學(xué) a. 生命科學(xué)院, b. 商學(xué)院, 遼寧 沈陽(yáng) 110036)

燕麥(AvenasativaL.)是禾本科燕麥屬一年生草本植物,是一種世界性栽培作物[1],對(duì)于逆境的抵抗能力很強(qiáng),營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高,應(yīng)用方式多樣,是一種具有高營(yíng)養(yǎng)和醫(yī)療價(jià)值的經(jīng)濟(jì)作物.近20年來(lái),中國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家通過(guò)對(duì)人體臨床表現(xiàn)的觀察和對(duì)動(dòng)物進(jìn)行實(shí)驗(yàn),證明燕麥具有預(yù)防和治療高血脂癥、控制糖尿病和肥胖癥、提高機(jī)體免疫力、抗疲勞等作用,有益于兒童的生長(zhǎng)發(fā)育、可改善性功能及提高記憶力.同時(shí)燕麥對(duì)發(fā)展畜牧業(yè)和生態(tài)建設(shè)也有重大意義[2-3].近年來(lái),我國(guó)人民的生活水平逐漸提高,人們的飲食習(xí)慣也發(fā)生了很大變化,粗、雜糧深受大家喜愛(ài).燕麥的脂肪、蛋白質(zhì)和可溶性膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量在糧食類作物中位于第一[4].燕麥在常見(jiàn)農(nóng)作物中對(duì)于硒的蓄積能力相對(duì)較弱,并且我國(guó)的燕麥主產(chǎn)區(qū)普遍缺硒.燕麥的生長(zhǎng)既受先天的遺傳因素控制,也受后天栽培條件和環(huán)境的影響,在環(huán)境條件中,施肥是影響作用較大且相對(duì)易于調(diào)控的因素.

硒(Se)是維持人體和動(dòng)物機(jī)體健康的痕量元素[5].人體內(nèi)硒含量的不足會(huì)導(dǎo)致克山病、大骨節(jié)病、癌癥等許多疾病,適當(dāng)補(bǔ)充硒元素能起到預(yù)防癌癥、抵抗HIV病毒和延緩機(jī)體衰老的作用[5-6].植物在硒生態(tài)循環(huán)過(guò)程中可將硒從無(wú)機(jī)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)態(tài),是食物鏈中消費(fèi)者吸收硒的直接來(lái)源[7].植物對(duì)硒的吸收與外源硒形態(tài)、植物類型、基因型及不同器官等有關(guān)[8].水溶性硒是植物吸收的主要形態(tài)[9].硒與硫的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)相近,無(wú)機(jī)形態(tài)硒通過(guò)植物內(nèi)硫的同化代謝途徑轉(zhuǎn)化為硒蛋白或其他形式的硒多糖等累積在植物體內(nèi)[10].不同施硒方式影響作物的富硒能力,主要施用方式有葉面噴施、土壤基施、浸種和莖部注射等[11-12].適量補(bǔ)硒對(duì)作物籽粒增硒、增產(chǎn)效果明顯[13].研究發(fā)現(xiàn),葉面噴施螯合硒葉面肥可以提高水稻器官硒含量,且植株富硒效果優(yōu)于籽粒,同時(shí)可以使水稻產(chǎn)量顯著提高[14].鄭威[15]等研究得出水稻吸收硒的能力由高到低依次為:葉片、莖稈、稻米,植物對(duì)硒的吸收能力與外源硒的施用量呈顯著相關(guān)性,外源硒施用量越高,各器官硒含量相對(duì)增加.葉面噴施與土壤施硒均能提高小白菜的硒含量,且外源硒的施用量與小白菜的硒含量均達(dá)到了顯著正相關(guān),前者相關(guān)性要好于后者,該現(xiàn)象在玉米上也呈現(xiàn)出相似規(guī)律,相關(guān)系數(shù)為0.975 4,達(dá)到顯著相關(guān)水平[16].目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)外源硒對(duì)燕麥硒吸收分配報(bào)道較少.本試驗(yàn)以白燕2號(hào)為材料,通過(guò)盆栽試驗(yàn),在設(shè)定的施硒范圍內(nèi),采用2種施用方式,在成熟期對(duì)測(cè)定各器官硒含量、硒轉(zhuǎn)移系數(shù)、各器官硒分配、硒利用率、產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定,研究外源硒對(duì)燕麥硒吸收分配的影響.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試燕麥:來(lái)源于吉林省白城農(nóng)業(yè)科學(xué)院,品種為白燕2號(hào).

供試外源硒:內(nèi)蒙古包頭梅力耕公司的稀土·硒元素水溶調(diào)理劑.

供試土壤:風(fēng)沙土,養(yǎng)分貧瘠,保水保肥能力差.采自科爾沁沙地南部遼寧省阜新市漳武縣章古臺(tái)鎮(zhèn).

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì),分別采用根部基施(T)與葉面噴施(Y)2種外源硒施用方式,每種施硒方式均設(shè)定5個(gè)施用量,外源硒用量分別為0(清水)、9、12、15、18 mg·m-2,土壤基施分別記為T(mén)1、T2、T3、T4,葉面噴施分別記為Y1、Y2、Y3、Y4,共9個(gè)處理.重復(fù)5次,共45個(gè)花盆,花盆的規(guī)格為半徑10 cm,深25 cm.根部基施處理于播種期施入,先用去離子水將外源硒配制相應(yīng)施用量溶液后,均勻噴施在土壤中,與土壤拌勻后,將種子種植在土壤中,覆土完成播種.葉面噴施處理于拔節(jié)期進(jìn)行噴施處理,用小型噴霧器均勻噴施,每盆兌水量為20 mL.播種密度為200 kg·hm-2,播種深度4～5 cm.進(jìn)行正常的除雜措施,每周澆水2次.外源硒具體施用方案見(jiàn)表1.

表1 外源硒施用方案Table 1 Application scheme of exogenous selenium

1.3 樣品處理與測(cè)定

1) 產(chǎn)量構(gòu)成因素測(cè)定.8月各組隨機(jī)選取5株成熟后的燕麥,裝入干凈塑料袋中,寫(xiě)好標(biāo)簽,標(biāo)明相應(yīng)處理和日期,烘干后進(jìn)行脫粒處理,對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行測(cè)定.包括穗長(zhǎng)(用米尺測(cè)定植株穗長(zhǎng))、小穗數(shù)(每穗上對(duì)稱生長(zhǎng)的小穗總和即為小穗數(shù))、穗粒數(shù)(平均每穗粒數(shù))、穗粒重(平均每穗穗粒重)、千粒重(百粒法,隨機(jī)選取100粒燕麥種子用電子天平測(cè)定重量后擴(kuò)大10倍).

2) 硒含量測(cè)定.待燕麥成熟期時(shí),各組隨機(jī)選取5株燕麥整株挖出,將根部處理干凈,然后將植株的各處理分裝標(biāo)記,置于牛皮紙內(nèi),封口后,將材料置于烘箱中105 ℃恒溫殺青15 min,然后調(diào)至60 ℃恒溫烘干至恒重.用小型粉碎機(jī)將各處理材料磨成粉末備用,測(cè)定前再于60 ℃烘箱中烘至恒重.采用紫外分光光度法測(cè)定硒含量[17],稱取試樣0.2 g于錐形瓶中,加10 mL硝酸和4 mL高氯酸,同時(shí)另取一空的錐形瓶,內(nèi)加同體積的混合酸,冷消化過(guò)夜(18 h以上).次日用電沙浴在通風(fēng)廚內(nèi)緩慢加熱,溶液開(kāi)始冒黃煙,后為棕紅煙,隨溫度升高紅煙加劇,約2 min,將電沙浴調(diào)低至溶液微沸,紅煙轉(zhuǎn)弱為黃煙,溶液漸少且顯黃色,繼續(xù)消化至約8 mL左右,溶液呈無(wú)色或淡黃色時(shí)冷卻取下.將消解液定容至10 mL后轉(zhuǎn)移到干燥的錐形瓶,加水20 mL,加EDTA-2 Na溶液1 mL,用1 mol·L-1的鹽酸溶液和氫氧化鈉溶液調(diào)pH值接近2,然后加體積分?jǐn)?shù)為0.2%的鄰苯二胺5 mL,混勻后40 ℃水浴加熱60 min,取出用10 mL甲苯萃取,將甲苯層倒于1 cm比色皿,測(cè)定335 nm吸光度.

制作標(biāo)準(zhǔn)曲線后按式(1)計(jì)算樣品中硒含量.

(1)

式中:ωX為硒的質(zhì)量分?jǐn)?shù),mg·kg-1;ρX為標(biāo)準(zhǔn)曲線查得硒的質(zhì)量濃度,μg·mL-1;m為樣品的質(zhì)量,g;V為測(cè)定時(shí)吸取消解液的體積,mL.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析方法

利用Microsoft Excel 2007、GraphPad Prism 5和AI CS6進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和繪圖,用SPSS 21進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(yàn)(Duncan’s test).

硒轉(zhuǎn)移系數(shù)=地上部全硒含量/地下部全硒含量[18-19];

硒利用率=(施硒處理籽粒硒含量-不施硒處理硒含量)×100%/施硒量.

2 結(jié)果與分析

2.1 施用外源硒對(duì)燕麥各器官硒吸收的影響

為了研究外源硒施用對(duì)燕麥各器官硒吸收的影響,對(duì)成熟期燕麥的根、莖、葉、穗及籽粒進(jìn)行硒含量的測(cè)定.結(jié)果表明(圖1)隨外源硒施用量的增加,2種施用方式處理時(shí),燕麥各器官的硒含量均呈現(xiàn)整體上升趨勢(shì),并且相同器官的硒含量在不同施用量之間呈現(xiàn)顯著差異.其中根部基施處理,在相同外源硒施用量下,根部硒含量相對(duì)最高.葉面噴施外源硒處理時(shí),在相同施用量時(shí),燕麥葉片相較于其他器官硒含量最高.為明確2種施硒方式的外源硒施用量與燕麥器官硒含量的關(guān)系以及各器官硒含量之間的關(guān)系,對(duì)2種施硒方式處理下燕麥各器官硒含量之間進(jìn)行了相關(guān)性分析,相關(guān)分析表明(表2、表3),根部基施外源硒量與燕麥根、莖、葉、穗、籽粒的相關(guān)系數(shù)(R)分別是:0.991、0.818、0.980、0.969、0.991,燕麥體內(nèi)各部位硒含量與施硒量存在極顯著相關(guān)(P≤0.01);葉面施硒量與燕麥根、莖、葉、穗、籽粒的相關(guān)系數(shù)(R)分別是:0.856、 0.947、0.991、0.982、0.950,燕麥體內(nèi)各部位硒含量與施硒量存在極顯著相關(guān)(P≤0.01),并且各器官硒含量之間也存在著極顯著關(guān)系(P≤0.01).

圖1 施用外源硒對(duì)燕麥各器官硒吸收的影響Fig.1 Effect of exogenous selenium on selenium uptake in various organs of oats(a)—根部基施; (b)—葉面噴施.

硒含量噴施溶液根莖葉穗籽粒噴施溶液10.991**0.818**0.980**0.969**0.991**根0.991**10.828**0.968**0.939**0.972**莖0.818**0.828**10.813**0.758**0.803**葉0.980**0.968**0.813**10.958**0.966**穗0.969**0.939**0.758**0.958**10.970**籽粒0.991**0.972**0.803**0.966**0.970**1

注:**代表達(dá)到0.01差異顯著水平.

注:**代表達(dá)到0.01差異顯著水平.

2.2 外源硒施用量對(duì)燕麥硒轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

為了探討不同施硒處理下硒在燕麥體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)情況,本研究計(jì)算了2種施硒方式下不同施用量處理之間燕麥的轉(zhuǎn)移系數(shù).如圖2所示,隨著外源硒施用量的增加,根部基施與葉面噴施2種處理方式燕麥的硒轉(zhuǎn)移系數(shù)均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì).根部基施各處理之間差異不顯著,平均轉(zhuǎn)移系數(shù)為1.72,而葉面噴施處理在Y3、Y4處理時(shí)的轉(zhuǎn)移系數(shù)顯著高于Y1、Y2處理.且平均轉(zhuǎn)移系數(shù)為4.23,根部基施轉(zhuǎn)移系數(shù)顯著低于葉面噴施,葉面噴施處理是根部基施處理的2.46倍.

圖2 施用外源硒對(duì)燕麥硒轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

2.3 施用外源硒對(duì)燕麥硒含量比例變化的影響

隨著施硒量的增加,燕麥體內(nèi)的硒比例分布也隨之變化,不同的施硒方式對(duì)燕麥體內(nèi)硒比例影響存在明顯的差異(圖3、圖4).如圖3 所示,根

圖3 根部基施外源硒對(duì)燕麥各器官中硒的比例變化的影響

圖4 葉面噴施外源硒對(duì)燕麥各器官中硒的比例變化的影響

部基施處理,硒主要集中于根部,隨著外源硒施用量的增加,根中硒所占百分比逐漸減少,葉中硒所占百分比總體趨勢(shì)逐漸增加,籽粒中硒所占百分比總體趨勢(shì)逐漸增加,莖中硒所占百分比略有增加.葉面施硒處理(圖4),硒主要集中于葉,并且隨著施硒量的增加,葉、籽粒中硒所占百分比總體趨勢(shì)逐漸增加,莖中硒所占百分比總體趨勢(shì)為先逐漸減小后有所增加,根中硒所占比例總體趨勢(shì)為逐漸減少.CK處理時(shí),燕麥體中硒比例由大到小依次為:根、穗、莖、葉、籽粒;根部基施處理時(shí),燕麥體內(nèi)硒比例由大到小依次為:根、穗、葉、莖、籽粒;葉面施硒處理時(shí),燕麥體內(nèi)硒比例由大到小依次為:葉、穗、根、莖、籽粒,隨著施硒量的增加,這種現(xiàn)象更加明顯.結(jié)果表明,施硒可以改變硒在燕麥體內(nèi)的分布,根部基施方式使燕麥硒根部所占比例明顯增加,葉面施硒方式使燕麥葉部硒所占比例明顯增加.

2.4 施用外源硒對(duì)燕麥硒利用率的影響

隨著外源硒施用量的增加,根部基施與葉面噴施處理燕麥的硒利用率均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢(shì)(圖5).其中T1處理時(shí),硒利用率顯著低于其他處理,T2、T3、T4處理時(shí),硒利用率分別是T1處理的1.17、1.20、1.14倍.Y1處理時(shí),硒利用率顯著低于其他處理,Y2、Y3、Y4處理時(shí),硒利用率分別是Y1處理的1.50、1.63、1.56倍.

圖5 施用外源硒對(duì)燕麥硒利用率的影響

2.5 施用外源硒對(duì)燕麥籽粒硒含量的影響

通過(guò)對(duì)圖6的分析可知,根部基施外源硒可顯著提高燕麥籽粒硒含量.隨著外源硒施用量的增加,燕麥籽粒硒含量顯著增加.且外源硒施用量與籽粒硒含量呈線性相關(guān),y= 0.015x+0.039 5(R2=0.984 3);葉面噴施外源硒可顯著提高燕麥籽粒硒含量(圖6).隨著外源硒施用量的增加,燕麥籽粒硒含量顯著增加.且外源硒施用量與籽粒硒含量呈線性相關(guān),y=0.016 5x+0.020 8(R2=0.904 2).同一施硒量下,根部基施處理與葉面噴施處理差異并不顯著.與國(guó)家富硒谷類食品硒含量范圍(0.1～0.3 mg·kg-1)相比,根部基施、葉面噴施處理下,當(dāng)外源硒施用量為18 mg·m-2時(shí)燕麥的籽粒硒含量均已超過(guò)富硒食品上限0.3 mg·kg-1,其余各處理均在國(guó)家富硒食品安全生產(chǎn)范圍內(nèi).

圖6施用外源硒對(duì)燕麥籽粒硒含量的影響

Fig.6Effectofexogenousseleniumonselenium contentinoatgrains

2.6 根部基施外源硒對(duì)燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

為確定根部基施外源硒是否會(huì)對(duì)燕麥的產(chǎn)量造成影響,對(duì)相應(yīng)處理的燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行了測(cè)定.測(cè)定結(jié)果顯示(表4),根部基施外源硒時(shí)燕麥的產(chǎn)量構(gòu)成因素隨施硒量的增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì).在T2處理時(shí)達(dá)到峰值,燕麥的小穗數(shù)、穗粒重和千粒重與CK呈顯著性差異,穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)與CK差異不顯著(P≤0.05),根部基施適量硒肥可增加燕麥產(chǎn)量.

表4 根部基施外源硒對(duì)燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 4 Effects of root base application of exogenous selenium on the components of oat yield

注: 表中同列數(shù)字后不同字母代表達(dá)到0.05差異顯著水平.

2.7 葉面噴施外源硒對(duì)燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

為確定葉面噴施外源硒是否會(huì)對(duì)燕麥的產(chǎn)量造成影響,對(duì)相應(yīng)處理時(shí)燕麥的產(chǎn)量構(gòu)成因素進(jìn)行了測(cè)定.如表5所示,葉面噴施適量外源硒會(huì)促進(jìn)燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的提高.葉面噴施外源硒燕麥的產(chǎn)量構(gòu)成因素隨外源硒施用量增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì),在Y3處理時(shí)達(dá)到峰值,穗粒重和千粒重與CK達(dá)到顯著性差異(P≤0.05),穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)與CK差異不顯著(P≤0.05).

表5 葉面噴施外源硒對(duì)燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 5 Effect of foliar application of exogenous selenium on components of oat yield

注:表中同列數(shù)字后不同字母代表達(dá)到0.05差異顯著水平.

3 討 論

植物對(duì)于硒元素的吸收與其他營(yíng)養(yǎng)元素類似,在一定范圍內(nèi)植物各器官對(duì)元素吸收量會(huì)隨其施用量的增大而增加.當(dāng)施用量超出一定范圍時(shí),隨施用量增大,作物對(duì)元素的吸收與累積量會(huì)隨之降低,利用率下降[20].硒在植物體內(nèi)時(shí),從有利到具有毒害作用的范圍很窄,對(duì)植物施用適量外源硒會(huì)起到有利作用,而過(guò)度施用外源硒反而對(duì)植物造成毒害[21].植物含硒量有較大的變化幅度,同一作物的食用部分含硒量一般低于非食用部分.本研究結(jié)果表明,根部基施外源硒與葉面噴施外源硒均會(huì)提高燕麥植株的硒含量,且各器官硒含量與外源硒施用量呈顯著正相關(guān),但是2種外源硒施用方式的各器官所含的硒比例不同.根部基施外源硒時(shí)根部硒含量比例最高,燕麥體內(nèi)硒含量由大到小依次為:根、穗、葉、莖、籽粒;葉面噴施外源硒時(shí)葉片所占硒含量比例最高,燕麥體內(nèi)硒含量由大到小依次為:葉、穗、根、莖、籽粒.因而得出結(jié)論,燕麥的非食用部分硒含量明顯高于食用部分,隨著施硒量的增加,這種現(xiàn)象更加明顯.2種施硒方式的硒轉(zhuǎn)移系數(shù)均隨外源硒施用量的增加呈逐漸增加的趨勢(shì),但根部基施的硒轉(zhuǎn)移系數(shù)顯著低于葉面噴施,可能是由于葉面噴施外源硒的方式不受土壤吸附作用的影響從而導(dǎo)致燕麥地上部位對(duì)外源硒利用率高,提高了硒轉(zhuǎn)移系數(shù).硒利用率隨外源硒施用量的升高呈先升高后降低趨勢(shì),當(dāng)外源硒施用量過(guò)高時(shí)會(huì)對(duì)燕麥植株造成毒害作用,硒利用率下降.2種外源硒施用方式在一定外源硒施用量范圍內(nèi),燕麥籽粒的硒含量均符合國(guó)家富硒糧食標(biāo)準(zhǔn).對(duì)于產(chǎn)量研究結(jié)果表明低施用量外源硒促進(jìn)燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的增加,而高施用量外源硒對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素有一定的抑制作用.施用外源硒對(duì)小穗個(gè)數(shù)、穗粒重和千粒重有顯著影響;但對(duì)穗長(zhǎng)和穗粒數(shù)影響并不顯著.

4 結(jié) 論

隨著外源硒施用量的增加,燕麥體內(nèi)硒含量不斷上升,且施硒量與各器官硒含量呈顯著正相關(guān);硒轉(zhuǎn)移系數(shù)根部基施處理顯著低于葉面噴施;硒利用率受到外源硒施用量的影響,隨施用量增加呈先升后降的趨勢(shì),在施硒量為15 mg·m-2時(shí)達(dá)到峰值;各器官中硒分配受施硒方式影響很大,根部基施時(shí)主要分布在根器官中,葉面噴施時(shí)硒主要分布在葉內(nèi).2種施用方式隨外源硒施用量增加,燕麥產(chǎn)量呈現(xiàn)先升高后降低趨勢(shì).綜上所述,燕麥外源硒最佳施用量為15 mg·m-2,在該施用量時(shí)可促進(jìn)燕麥產(chǎn)量,且可顯著提高籽粒硒含量并保證不高于富硒食品的硒含量上限(0.3 mg·kg-1).